1-5 вопросы по ОиФ

1.Виды осадок и пути уменьшения их неравномерности.

1. Неравномерные осадки уплотнения. Причины образования неравномерных осадок уплотнения: а – наличием выклинивающихся слоев; б – линзообраз­ным залеганием отдельных слоев грунта; в – различной толщиной пластов; г – нео-динаковой плотностью сложения грунтов; д – передачей давления от различных по массе частей сооружения на разные по своим физико-механическим свойст-вам грунты оснований; е – неодинаковой уплотняемостью грунтов во времени, обусловливаемой различной скоростью протекания процессов консолидации и ползучести под различными частями сооружения; ж – неравномерной загруз­кой фундаментов; з – влиянием загруз­ки соседних фундаментов; и – неодновремен-ной загрузкой соседних фундаментов. 2. Неравномерные осадки разуплотнения. Они развиваются, когда нагрузки от веса здания или сооружения меньше веса грунта, извле­ченного при разработке котлована. На развитии разуплотнения грунта сказывается воздействие и деформации упругого последействия. Наличие этих факторов приводит к поднятию дна котлована с после­дующим развитием неравно­мерных осадок, происходя­щих в результате более су­щественного разу-плотнения грунта в центре котлована, чем по краям; различного протекания во времени процесса разуплотнения под отдельными фундаментами; неравномер-ного поднятия дна котлована в результате неоднород­ности грунтов основания.

3. Осадка выпирания. В результате развития зон пластических деформаций в грунтах оснований под подошвами фундаментов происходят осадки выпирания. В результате неравномерного рас­пределения давления под подошвой фунда-мента даже при неболь­ших нагрузках под его краями образуются зоны пласти-ческих дефо­рмаций. Увеличение нагрузки вызывает перераспределение контакт­ных давлений по подошве фундамента, которое объясняется боль­шей податли-востью грунта в зонах пластического деформирования, вследствие чего давление в этих зонах уменьшается, а в средней части фундамента ввиду меньшей подат-ливости грунта увеличива­ется. При дальнейшем росте внешней нагрузки зоны пластических деформаций увеличиваются и возникает опасность выпирания грун­та из-под подошвы. 4. Неравномерные осадки расструктуривания. При

проведении предварительных мероприятий, предшествующих возведению фун­даментов (отрывка котлованов и др.), грунты оснований, обнажа­ясь, подвергают-ся воздействию различных факторов, которые мо­гут вызвать нарушение природ-ной структуры грунтов. Осадки, происходящие за счет расструктуривания грунтов, как правило, неравномерны, так как расструктуривание происходит с разной степенью интенсивности в различных зонах основания. Осадка зависит от многих факторов: способа выполнения котлован­ных работ, продолжительности работ с начала разработки кот­лована до обратной засыпки пазух фундаментов, характера водоот­лива, а также мероприятий, направленных на сохранение природной структуры грунта. Нарушение структуры обычно происходит в ре­зультате следующих причин: метеорологических воздействий, дина­мических воздействий механизмов; неблагоприятного влияния, ока­зываемого подземными водами и газом; грубых ошибок строи­телей. 5. Неравномерные осадки, образу-ющиеся в период эксплуатации сооружений. - Уплотнение грунтов оснований после начала эксплуатации соору­жений. Данное уплотнение происходит в резу-льтате продолжения процесса консолидации и деформаций ползучести грунта.

- Изменение уровня подземных вод. Значительное понижение уров­ня подземных вод может оказать вредное воздействие на эксплуатирующееся здание, в прояв­лении неравномерных осадок, обусловленных образованием допол­нительных напряжений в грунтах оснований в результате увеличе­ния собственного веса из-за снятия взвешивающего действия воды. Повышение уровня подземных вод может понизить прочность грунтов, так как в результате увлажнения уменьша-ются силы сцеп­ления между частицами грунта. - Ослабление оснований подземными и котлованными выработками. - Динамические воздействия на грунты оснований. В процессе экс­плуатации зданий вибрация от промышлен-ного или иного оборудо­вания, находящегося внутри здания, может вызвать уплотнение песчаных или малосвязных пылевато-глинистых грунтов. Опреде­ленный уровень колебаний способен увеличить деформативность грунтов вследствие проявления процесса виброползучести.

2.Варианты устройства фундаментов при различных инженерно- геоло-гических условиях площадки строительства. ПЛИТНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ - фундаменты, сооружаемые под всей площадью здания. Представляют собой сплошную или решетчатую плиту, выполненную из монолитного железобетона либо из сборных перекрестных железобетонных балок с жесткой заделкой стыковых соединений.  Фундаменты плитные и из перекрестных лент возводят из монолитного железобетона с целью придания фундаменту пространствен-ной жесткости. Необходимость в этом возникает при строительстве на нерав-номерно и сильно сжимаемых грунтах, например, на насыпных (песчаных подушках, слежавшихся свалках, сильно пучинистых грунтах и т. п.). Иногда к таким фундаментам применяют термин "плавающий". Устройство плитного фундамента может быть целесообразно при сооружении небольших и компакт-ных в плане домов или других построек, когда не требуется устройство высок-ого цоколя, и сама плита используется в качестве пола (например, гаражи, бани и т. п.). Плитный фундамент наиболее приемлем при слабых неоднородных грунтах с высоким уровнем грунтовых вод, а также в случаях, когда нагрузка, приходящаяся на фундамент, велика, а грунт основания недостаточно прочен. Сооружение плитного фундамента оправдано в малоэтажном строительстве при небольшой и простой форме здания. При более тяжелых конструктивах жилых зданий на монолитную плиту укладывается 1-2 ряда фундаментных блоков, которые перекрываются железобетонной плитой перекрытия. Такая технология создает воздушную подушку под полом первого этажа, которая защищает от влаги и промерзания. При возведении цокольного этажа монолит-ная армированная плита заглубляется, а из фундаментных блоков возводятся стены на необходимую высоту, затем перекрываются преднапряженными плитами перекрытий. СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ - фундаменты, состоящие из отдельных свай, перекрытых сверху бетонной или железобетонной плитой или балкой (ростверком). Свайный фундамент используется в случаях, когда на слабый грунт необходимо передать большие нагрузки. При этом нагрузка от здания передается на более плотные грунты, залегающие на глубине. По

методу изготовления и погружения в грунт сваи подразделяются на забивные (опускаемые в грунт в готовом виде) и набивные (изготовляемые непосредственно в грунте, в пробуренных каналах). По типу поведения в грунте выделяют сваи-стойки, имеющие под собой прочный грунт и переда-ющие на него давление, и висячие сваи, используемые в случаях, когда глубина залегания прочного грунта достаточно велика (несущая способность таких свай определяется суммой сопротивления сил трения по боковой поверхности и грунта под острием сваи). Железобетонные сваи долговечны и способны выдерживать большие нагрузки. ЛЕНТОЧНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ - представляют собой непрерывную стенку; равномерно загруженную вышеле-жащими несущими или самонесущими стенами или же колоннами каркаса. Равномерная передача ленточными фундаментами нагрузки на основание очень важна, когда на строительной площадке имеются неоднородные по сжимаемости грунты, а также просадочные или слабые грунты с прослойками. Ленточные фундаменты бывают монолитными и сборными. В зависимости от проектируемого температурного режима подвала (подполья) наружные цокольные панели могут быть утепленными (одно- или трехслойными) или неутепленными. Для малоэтажных зданий и в случае отсутствия индустри-альной базы применяются монолитные ленточные конструкции фундаментов, выполняемые из бетона, бутобетона или бутовой кладки (если бут является местным материалом). Можно использовать хорошо обожженный красный кирпич СТОЛБЧАТЫЕ ФУНДАМЕНТЫ устраивают в тех случаях, когда нагрузки на основание настолько малы, что давление на грунт от фундамента здания меньше нормативного (например, при возведении легких зданий), или когда слой грунта, служащий основанием, залегает на значительной глубине (3-5м) и применение ленточных фундаментов экономически нецелесообразно. Фундаменты данного типа применяют в каркасных зданиях различной этажности либо в малоэтажных зданиях (каркасных и бескаркасных).

3. Основные факторы, влияющие на глубину заложения фундаментов.

Глубина заложения фундаментов должна приниматься с учетом:

- назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на его фундаменты; - глубина заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубины прокладки инженерных коммуникаций; - существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории; -инженерно-геологических условий площадки строительства (физико- механических свойств грунтов, характера напластований, наличия слоев, склонных к скольжению, карманов выветривания, карстовых полостей и пр.); - гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения - возможного размыва грунта у опор сооружений, возводимых в руслах рек (мостов, переходов трубопроводов и т.п.); - глубины сезонного промерзания.

4. Проектирование основания по несущей способности.

Целью расчета оснований по несущей способности являются обеспечение прочности и устойчивости оснований, а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания. Принимаемая в расчете схема разрушения основания (при достижении им предельного состояния) должна быть как статически, так и кинематически возможна для данного воздействия и конструкции фундамента или сооружения.

Расчет оснований по несушей способности производится исходя из условия:

F<γ_c F_u /γ_n , где: F – расчетная нагрузка на основание; F_u – сила предельного сопротивления основания; γ_c – коэффициент условий работы;

γ_n – коэффициент надежности по назначению сооружения.(1,2; 1,15; 1,10).

Расчет оснований по несущей способности допускается выполнять графоаналитическими методами (круглоцилиндрических или ломаных поверхностей скольжения), если: а) основание не однородно по глубине;

б) пригрузка основания с разных сторон фундамента не одинакова, причем интенсивность большей из них превышает 0,5R (R- расчетное сопротивление грунта основания); в) сооружение расположено на откосе или в близи откоса;

г) возможно возникновение нестабилизированного состояния грунтов основания.

5. Проектирования основания по деформациям.

Целью расчета оснований по деформациям является ограничение абсолютных или относительных перемещений фундаментов и надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность (вследствие появления недопустимых осадок, подъемов, кренов, изменений проектных уровней и положений конструкций, расстройств их соединений и т.п.). При этом имеется в виду, что прочность и трещиностойкость фундаментов и надфундаментных конструкций проверены расчетом, учитывающим усилия, которые возникают при взаимодействии сооружения с основанием.

Деформации основания подразделяются на: осадки, просадки, подъемы и осадки, оседания, горизонтальные перемещения, провалы.

Расчет оснований по деформациям должен производиться условия совместной работы сооружения и основания.

Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия: S<S_u,

где: S – совместная деформация основания и сооружения; S_u – предельное значение совместной деформации основания и сооружения.

Расчетное сопротивление грунта основания:

R= (γ_c1∙γ_c2/k) ∙[M_γk_zbγ_II+M_qd₁γ’_II + (M_q - 1)d_bγ’_II + M_cc_II],

Предварительные размеры фундаментов назначаются по конструктивным соображениям или исходя из табличных значений расчетного сопротивления грунтов основания R_0.

10. Сваи и свайные фундаменты. Классификация их по методу устройства и работе в грунте.

Сваями называют погружаемые или сформированные в грунте в вертикальном или наклонном положении относительно длинные элементы, передающие нагрузки на нижележащие слои грунта ос­нования. Свайным фундаментом считают группу свай, объединенных свер­ху специальной конструкцией в виде плит или балок, называемых ростверками, которые предназначены для передачи и равномерного распределения нагрузки на сваи.

а – ленточный; б – кусты свай; в – сплошные свайные поля.

Забивные сваи погружают в грунт с помощью специальных сваебойных молотов.

Погружение свай с помощью вибропогружателей и вибромолотов выполняют при наличии в основании песчаных водонасыщенных грунтов.

Вдавливание свай с помощью статической нагрузки при­меняют когда свайные фундаменты возводят рядом с уже существующими зданиями.

Погружение свай с помощью завинчивания осуществляют исполь­зуя специальные винтовые лопасти диаметром до 2 м. Применяют такие сваи, если в верхней зоне основания залегают слабые грунты, подстилаемые плотными, малосжимаемыми грунтами, до которых и производят завинчивание.

Набивные сваи – сваи, изготавливаемые в грунте основания.

11. Определение несущей способности свай-стоек и висячих свай.

Сваи-стойки: F_d = γ_c∙R∙A,

где: γ_c – коэффициент условия работы сваи в грунте, γ_c =1; А – площадь опирания на грунт сваи; R – расчетное сопротивление грунта под нижнем концом сваи-стойки, кПа.

Висячие сваи: F_d = γ_c(γ_C.R∙ R ∙ A + u Sγ_cf ∙ f_i ∙ h_i),

где: γ_c – коэффициент условной работы сваи в грунте, γ_c = 1;

R – расчётное сопротивление грунта под нижнем концом; А – площадь опирания сваи на грунт, определяемая по пло­щади поперечного сечения брутто, м²; u – наружный периметр поперечного сечения сваи, м²;

f_i – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи кПа;

h_i – толщина i -го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью, м;

γ_C.R и γ_cf – коэффициенты условий работы грунта соответствен­но под нижним концом и по боковой поверхности сваи, завися­щие от способа её погружения.

12. Основные принципы размещения свай в плане. Конструктивные требования. Свайный фундамент – это группа свай, объединенная ростверком.

По типу размещения в плане сваи могут быть разделены на четыре вида:

-Одиночная свая. -Ряд свай (одиночный, двойной и т.д.).

1. -Куст свай (группа свай под отдельную конструкцию). -Свайное поле (группа свай под всё сооружение).

Схема возможного размещения свай в плане.

Выбор вида размещения сваи зависит от решаемой инженерной задачи, проектируемого сооружения и инженерно-геологических условий площадки строительства. С размещением свай в грунте под конкретное сооружение тесно связано понятие рострверка. Ростверком называется бетонная или железобетонная плита, объединяющая головы свай. В зависимости от своего положения ростверк может быть трёх видов :-Низкий.-Повышенный.-Высокий.

Использование того или иного вида ростверка зависит от решаемой инженерной задачи, проектируемого сооружения и инженерно-геологических условий площадки строительства.

14.Условия возникновения отрицательного трения при устройстве свайного фундамента и их учет.

Условия возникновения отрицательного трения. Рассмотрим случай загружения сваи, в пределах длины которой имеется слой слабого сильно сжимаемого грунта. В этом случае будет загружаться не только свая, но и поверхность грунта около нее и при некоторой интенсивности давления q, действующего по этой поверхности, могут создаться условия, при которых грунт, залегающий под слоем слабого грунта, будет давать осадки сваи, т. е. будет перемещаться относительно сваи вниз. В результате трение, возникающее между грунтом и боковой поверхностью сваи, будет направлено не вверх, как обычно, а вниз, дополнительно пригружая сваю. Такое трение, имеющее противоположное (отрицательное) направление, обычно называют отрицательным или негативным. Необходимо учитывать, что чем меньше перемещение сваи, тем большие силы отрицательного трения развиваются у сваи-стойки, когда грунт около нее получает осадку (уплотняется).

15.Методика определения осадок свайного фундамента.

Экспериментальные исследования показывают, что несущая способность свайных фундаментов из висячих свай может быть правильно оценена только исходя из предельно допустимых осадок зданий и сооружений. Однако методы расчета осадок различных свайных фундаментов разработаны еще недостаточно, поэтому приведенные в книге результаты всесторонних экспериментальных исследований осадок и несущей способности свайных фундаментов, методы прогноза осадок и методика проектирования свайных фундаментов исходя из предельно допустимых осадок зданий и сооружений с учетом закономерностей взаимодействия свай с окружающим грунтом и реологических параметров грунта основания имеют большое научное и практическое значение.

Комплексные экспериментально-теоретические исследования осадок свайных фундаментов и взаимодействия свай с окружающим грунтом позволили в натурных условиях уточнить физическую сущность процесса увеличения несущей способности свай и свайных фундаментов во времени; установить изменение физико-механических свойств грунтов в уплотненной зоне; изучить закономерности распределения сил трения по боковой поверхности свай свайных фундаментов при их работе в различных грунтовых условиях; выявить закономерности развития осадок центрально и внецентренно загруженных свайных фундаментов в зависимости от расстояния между сваями, их длины; установить взаимное влияние свайных фундаментов, фактические осадки зданий; изучить напряженно-деформированное состояние активной зоны.

16.Проверка давления на подстилающий слой слабого грунта.

При наличии в сжимаемой толщи слабых грунтов необходимо проверить давление на них, чтобы убедиться в возможности применения при расчете основания (осадок) теории линейной деформативности грунтов. Необходимо, чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало его расчетного сопротивления, т.е.

, где и - дополнительное и природное вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента; Rz – расчетное сопротивление грунта на глубине кровли слабого слоя, определяют по формуле СНиП, как для условного фундамента шириной bz и глубиной заложения dz.

Все коэффициенты в формуле (іc1, іc2, k, Mq, Mg и т.д.) находят применительно к слою слабого грунта.

; ;

;

19.Оценка деформируемости толщи лессовых грунтов. Просадочность лёссовых грунтов. При увлажнении лёссового грунта происходят следующие явления: размягчаются и частично растворяются жесткие кристаллизационные связи, развивается расклинивающее действие пленочной воды, снижается прочность водно-коллоидных связей между частицами. Это при некотором давлении приводит к уплотнению грунтов, в т. ч. за счет заплывания макропор, приводящему к просадке. Просадочность грунта зависит от его состава, структуры и напряженного состояния, поэтому для каждого слоя лёссового грунта определяют относительную просадочность при давлениях, которые он будет испытывать в основании сооружения. Известны случаи, когда после замачивания сравнительно большой толщи лёссовых грунтов поверхность грунта проседала на 2...2,5 м.

Просадочность грунта оценивают относительной просадочностью Esl, которую можно определить по данным компрессионных испытаний с подачей (при различных давлениях) воды в одометр. В результате таких испытаний строят график зависимости высоты образца от давления и характера деформации при замачивании, а затем находят относительную просадочность при данном давлении:

где hn·р — высота образца грунта природной влажности при давлении, ожи­даемом на данной глубине после возведения сооружения; hsat·р — высота образца после просадки от замачивания; hn·g — высота образца при при­родном давлении р1 =σz,g, на данной глубине z.

6.Определение размеров подошвы центрально нагруженного фундамента.

При проектировании фундамента после назначения глубины его заложения приступают к определению размеров подошвы, которая назначается на основании ограничения давления в основании расчетным сопротивлением грунта по условию, обеспечивая тем самым выполнение требований второй группы предельных состояний. Если грунтовые условия строительной площадки и тип возводимого здания и сооружения требуют расчета деформаций, то проверяют выполнение условий, причем расчет осадок выполняют методами послойного суммирования, эквивалентного слоя или линейно-деформируемого слоя конечной толщины. Иногда по результатам расчета осадок требуется уточнять предварительно принятый размер подошвы фундамента. Центрально-нагруженным считается фундамент, равнодействующая внешних нагрузок которого проходит через центр тяжести его подошвы. Основная трудность при проектировании оснований и фундаментов заключается в том, что размеры фундамента назначают, исходя из расчетного сопротивления грунта основания, в то время как оно является переменной величиной и зависит от размеров подошвы фундаментов, зависит от ширины подошвы фундамента. Это приводит к необходимости выполнять расчет с помощью последовательных приближений. Назначив глубину заложения фундамента, определяют максимальное расчетное значение внешней нагрузки, действующей на его верхний обрез Non от основного сочетания для расчета оснований по второй группе предельных состояний.

Значение р должно удовлетворять условию p<R; причем чем ближе давление по подошве к расчетному сопротивлению грунта основания, тем более экономичное решение получается в результате расчета. В практике современного проектирования считается, что фундамент имеет экономически целесообразное решение, если величина р отличается от R не более чем на 5… 10% в меньшую сторону.

Расчетная схема центрально нагруженного фундамента.

Давление по подошве центральнонагруженных фундаментов считается равномерно распределенным.

Анализируя формулу, можно заметить, что до тех пор, пока не найдены размеры фундамента, вес грунта обратной засыпки JV^n, вес фундамента N/й и расчетное сопротивление грунта основания R являются неизвестными величинами. Поэтому в первом приближении принимают R=R0, где R0 — условное расчетное сопротивление грунта основания, а вес грунта обратной засыпки и вес фундамента зависит от объема параллелепипеда АБВГ и удельного веса материалов, его составляющих. По результатам расчета проверяют выполнение условия, если оно выполняется, расчет заканчивается, если нет, то во втором приближении уточняют размеры подошвы фундамента и т. д. до тех пор, пока среднее давление по подошве фундамента не будет отличаться от расчетного сопротивления не более чем на 5… 10% в меньшую сторону.

7. Определение размеров подошвы внецентренно нагруженных фундаментов. Такой расчет весьма затруднителен. Поэтому для большей определенности и уменьшения вычислительной работы размеры подошвы фундамента предварительно назначают из условия равенства среднего давления на основание под фундаментом Рср условному значению расчетного давления R0, принимаемому в зависимости от вида и состояния грунта основания по таблицам СНиП П-15-74. В них величины R₀ даны для условных фундаментов шириной b=1 и глубиной заложения h=2 м. Площадь и размеры подошвы фундамента определяют по известным формулам теории сооружений для центрального сжатия от действия расчетных нагрузок. Необходимо стремиться к тому, чтобы эти напряжения равномерно распределялись по всей площади подошвы фундамента. С этой целью определение размеров подошвы фундамента начинают с выбора положения центра подошвы относительно оси надфундаментной конструкции сооружения (опоры, колонны и т. д.). Если равнодействующая вертикальных нагрузок проходит через центр тяжести подошвы фундамента, то такой фундамент будет работать как центрально нагруженный. Нормальные напряжения под его подошвой распределяются равномерно, и крен такой фундамент испытывать не будет. В этом случае площадь подошвы будет наименьшей, так как прочность грунта используется максимально по всей площади опирания. Определение размеров подошвы внецентренно нагруженных фундаментов. Внецентренно нагруженным считают фундамент, у которого равнодействующая внешних нагрузок не проходит через центр тяжести площади его подошвы. Обычно такое нагружение фундамента является результатом передачи на него надземными конструкциями момента и горизонтальной составляющей или результатом одностороннего давления грунта на его боковую поверхность. Размеры внецентренно нагруженных фундаментов определяют из условия: максимальное осевое давление на грунт у края подошвы, вычисленное в предположении его линейного распределения под подошвой фундамента, не должно превышать 1,2R, а в угловой точке — 1,5R. Рассмотрим общий вид ленточного фундамента под стену. Пусть на обрез фундамента действуют три составляющие нагрузки: N_oII, M_oII и T_oII. Кроме того, на фундамент действуют его собственный вес Н_фII и вес обратной засыпки с одной стороны фундамента N_грII, создающий активное давление E_a на него как на подпорную стену. Зная внешние силы, можно найти составляющие усилий, передаваемых через подошву на основание: N = N_oII + Н_фII + N_грII Т=Т_oII + Е_а.